転写因子ＣＲＥＢ活性のｉｎ ｖｉｖｏ動態可視化による、長期記憶形成の機序解明

• Project/Area Number: 18J12617
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurochemistry/Neuropharmacology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 横山 達士 東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 神経科学 / CREB / 脳・神経

Outline of Annual Research Achievements

長期記憶獲得の機序において、細胞内シグナルの活性化が重要であることが知られている。神経活動によってカルシウム下流の細胞内シグナルが活性化され、転写因子CREBがリン酸化されることで、神経活動依存的に遺伝子を発現した細胞に、記憶の痕跡が残ることが示唆されている。よって、マウス生体内において、神経活動と細胞内シグナル活性化の動態と相互作用を同時に可視化する技術は、記憶形成メカニズムの解明に有用であると考えられる。近年のカルシウムプローブの改良により、数百から数千個の神経細胞の活動を一度に可視化できるようになってきている。しかし、カルシウムシグナルと同時に可視化可能な、マウス脳において単一細胞レベルで細胞内シグナルを検出できるプローブはほとんどない。よって本研究では、CREBに着目し、その蛍光プローブの開発と特徴づけを目指した。
昨年度は、CREBリン酸化プローブの構築と検定を行った。コンストラクトをデザインし、最適化のためのスクリーニングを実施し、蛍光変化が最良であったものをXCREB-Gと名付けた。精製タンパクや培養神経細胞を用いて、XCREB-Gの蛍光変化が、CREB-Ser133のリン酸化に依存していることを確認した。
本年度では、生きたマウスの1次視覚野第2/3層の細胞にXCREB-Gを発現させ、二光子励起顕微鏡で観察した。一度のイメージングにより数百個の細胞からシグナルを検出し、視覚刺激に応答してCREBリン酸化を起こす細胞集団を検出した。更に、神経活動とCREBリン酸化を、in vivoで同時に可視化する実験を行った。XCREB-Gと共に、赤色カルシウムセンサーであるXCaMP-Rを発現させ、二光子励起顕微鏡で2色同時に観察した。方位選択性神経細胞において、視覚刺激へのカルシウム応答とCREBリン酸化応答を同時に可視化し、それぞれのパターンの間の規則性を解明した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photolytic Release of a Caged Inhibitor of an Endogenous Transcription Factor Enables Optochemical Control of CREB-Mediated Gene Expression (2019)
  • Author(s): Imoto Takuma、Kawase Akihiro、Minoshima Masafumi、Yokoyama Tatsushi、Bito Haruhiko、Kikuchi Kazuya
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 22 Issue: 1 Pages: 22-25
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03568
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rational engineering of XCaMPs, a multicolor GECI suite for in vivo imaging of complex brain circuit dynamics. (2019)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Manita S, Horigane S-i, Sakamoto M, Kawakami R, Yamaguchi K, Otomo K, Yokoyama H, Kim R, Yokoyama T, Takemoto-Kimura S, Abe M, Okamura M, Kondo Y, Quirin S, Ramakrishnan C, Imamura T, Sakimura K, Nemoto T, Kano M, Fujii H, Deisseroth K, Kitamura K, Bito H.
  • Journal Title: Cell Volume: 177 Issue: 5 Pages: 1346-1360
  • DOI: 10.1016/j.cell.2019.04.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 転写因子CREBリン酸化のin vivo可視化蛍光プローブ開発 (2019)
  • Author(s): 横山達士 井上昌俊 伊藤拓也 近藤弥生 坂本雅行 藤井哉 尾藤晴彦
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An intensiometric genetically-encoded indicator for quantifying single-cell dynamics of CREB phosphorylation events in vivo. (2019)
  • Author(s): T. Yokoyama, M. Inoue, T. Ito, Y. Kondo, M. Sakamoto, H. Fujii, H. Bito.
  • Organizer: Molecular and Cellular Cognition Society 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rational engineering of an intensiometric, genetically encoded, indicator for quantifying CREB phosphorylation events in vivo. (2019)
  • Author(s): T. Yokoyama, M. Inoue, Y. Kondo, M. Sakamoto, H. Fujii, H. Bito.
  • Organizer: Society for Neuroscience 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vivo CREB imaging using an intensiometric indicator. (2019)
  • Author(s): Tatsushi Yokoyama
  • Organizer: UK-Japan Neuroscience Symposium
  • Int'l Joint Research